<!-- Tú código;  -->

<!-- begin snippet: js hide: false console: true babel: false -->

<!-- language: lang-js -->

     function mostrarPalabra() {
            //cuando vas a declarar variables que el valor va permencer sobre esa misma función, utilizas let en vez de var  -->
            var datos = document.getElementById('caja_busqueda').value;
            // Acá estás enviado caja_busqueda (así está nombrado en html no en javascript) -->
            //Datos es quién contiene el valor de caja búsqueda -->
            document.getElementById('caja_busqueda').value = convertir(datos.toLowerCase());
            // Cuando realizas este console te dará por resultado undifined porque en efecto no existe -->
        }
        
        function convertir(string) {
            return string.charAt(0).toUpperCase() + string.slice(1);
        }


<!-- language: lang-html -->

      
        <!-- Yo lo realizaría de esta manera -->
        <!-- Cambié el onKeypress por onChange porque sino la última letra no toma el cambio que necesitas (PRUEBALO)-->
        <input type="text" name="caja_busqueda" id="caja_busqueda" onchange="mostrarPalabra();"></input>
        

<!-- end snippet -->

  

Mi recomendación es que nombres a tus variables inicial mayúscula seguido de minúscula, tal como lo hiciste con tu función, si revisas documentación de javascript o incluso sus métodos se manejan de esta manera.

Espero te sirva, saludos...